美因茨大学
信用:CC0公共领域
所有已知的原子核以及几乎所有可见的物质都是由质子和中子组成的，然而这些无处不在的天然构件的许多特性仍然未知
作为一种不带电的粒子，中子尤其能抵抗多种类型的测量，在发现它90年后，关于它的大小和寿命还有许多未解之谜
中子由三个夸克组成，它们在里面旋转，由胶子结合在一起
物理学家使用电磁形状因子来描述中子的这种动态内部结构
这些形状因子代表中子内电荷和磁化强度的平均分布，可以通过实验确定
外形图上的空白区域充满了精确的数据 美因茨的PRISMA+卓越集群、亥姆霍兹研究所(HIM)和GSI·亥姆霍兹森特(·亥姆霍兹森特)的研究员弗兰克·马斯教授解释说:“在一定的能量水平上测量，单一的外形并不能说明什么。”
“为了得出关于中子结构的结论，需要测量不同能量下的形状因子
“在使用标准电子-质子散射实验可以获得的某些能量范围内，形状因子可以相当精确地确定
然而，到目前为止，在其他需要所谓湮灭技术的范围内还没有出现这种情况，这些技术包括物质和反物质相互毁灭
在中国正在进行的BESIII实验中，最近证明有可能在2到3的能量范围内精确确定相应的数据
8千兆电子伏
正如该伙伴关系在本期《自然物理学》上发表的一篇文章中所指出的那样，与以前的测量相比，这一结果的精确度提高了60多倍
弗兰克·马斯教授指出:“有了这些新数据，可以说，我们填补了中子形状因子‘地图’上的一个空白，直到现在，这还是一个未知的领域。”
“这个数据现在和在相应的散射实验中获得的数据一样精确
因此，我们对中子形状因子的认识将发生巨大变化，因此我们将对这个重要的自然组成部分有一个更全面的了解
" 在一个困难的研究领域真正开拓性的工作 为了在完成形状因子“地图”所需的领域上取得进展，物理学家需要反粒子
因此，国际伙伴关系使用北京正负电子对撞机二号进行测量
这里，电子和它们的正反粒子，我
e
正电子被允许在加速器中碰撞并相互摧毁，从而产生其他新的粒子对——这一过程在物理学中被称为“湮灭”
利用BESIII探测器，研究人员观察并分析了结果，其中电子和正电子形成中子和反中子
“像这样的湮灭实验远没有标准散射实验那么成熟，”马斯补充道
“进行目前的实验需要大量的开发工作——必须提高加速器的强度，必须在实验数据分析中重新发明难以捉摸的中子的探测方法
这一点也不简单
我们的伙伴关系在这里做了真正开创性的工作
" 其他有趣的现象 似乎这还不够，测量结果向物理学家表明，形状因子的结果并不产生相对于能级的一致斜率，而是一种振荡模式，其中波动随着能级的增加而变小
他们在质子的情况下观察到了类似的令人惊讶的行为——然而，这里的波动是镜像的，我
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相移的
弗兰克·马斯教授解释说:“这一新发现首先表明，核子没有简单的结构。”
“现在，我们在理论方面的同事被要求开发模型来解释这种不寻常的行为
" 最后，在他们测量的基础上，BESIII伙伴关系修改了如何看待中子与质子形状因子的相对比例
许多年前，在FENICE实验中产生的结果是一个大于1的比值，这意味着中子的形状因子必须始终大于质子
“但是当质子带电时，你会期望它完全相反，”马斯断言
“这正是我们将中子数据与最近通过BESIII获得的质子数据进行比较时所看到的情况
所以在这里，我们已经纠正了我们需要如何感知最小的粒子
" 从微观到宏观 马斯认为，新的发现特别重要，因为它们是如此的重要
“它们为中子的基本特性提供了新的视角
此外，通过观察物质的最小组成部分，我们也可以理解发生在最大维度的现象——比如两颗中子星的融合
这种极端物理学已经非常迷人了
"
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